Assessment of the Inertia of Peru's National Interconnected Electric System, 2040: Regulatory Need for Synthetic Inertia

ペルーの電力網、すなわちSEINを、巨大で高速なローラーコースターだと想像してみてください。何十年もの間、この乗り物は、エンジンの中で回転する巨大で重いフライホイール（伝統的な発電所）によって動かされてきました。これらの重い車輪はスタビライザーとして機能します。もしトラックが突然沈み込んだり、車両が脱線しそうになったりしても、重い車輪が数秒間は回転を維持してくれるため、オペレーターがブレーキをかけたり、出力を追加したりする猶予を与えてくれます。この「重さ」のことを慣性と呼びます。

現在、ペルーはこれらの重いフライホイールを、太陽や風で動く、洗練された超高速の電気モーターへと入れ替えようとしています。これらは地球に優しい優れたものですが、重い回転部品を持っていません。それは、重いフライホイールを羽毛に置き換えるようなものです。乗り物は依然として高速ですが、もし問題が発生した場合、その羽毛は落下を止めてはくれません。落下のスピードは恐ろしく速くなります。

大きな発見：重要なのは乗り物の重さではなく、いつ乗っているかである

この論文の著者たちは、2040年のペルーのローラーコースターがどのようになるかを検証するために、一連のコンピュータ・シミュレーションを実施しました。彼らは3つの異なる未来を検討しました（現在のグリッドの状態を示す「ベースケース」、および毎年3.5%または5.0%ずつ電力使用量が増加する2つの2040年シナリオ）。

ここで、研究者たちを驚かせた展開がありました。最も危険な瞬間は、全員が一度に乗っている時ではありません。

パークが満員（夕方のピーク時である20:00時）の時に最もリスクが高いと考えるかもしれません。しかし、シミュレーションが示す真の危険地帯は、晴れた日の13:00時（午後1時）です。なぜでしょうか？ 午後1時は太陽が照りつけ、ソーラーパネルがほぼすべての仕事をしているからです。つまり、重い安定化フライホイールが停止しているか、低出力で稼働しています。グリッドは極めて「軽く」なっているのです。

これらの2040年のシミュレーションでは、もし大量の電力（総発電量の20%）が突然消失した場合、グリッドは瞬時に制御不能に陥ります。周波数の低下速度として知られるROCOFは、最悪のシナリオで**-3.24 Hz/sに達します。これは凄まじく恐ろしい急降下です。周波数の最低点（ナディア）は、自動緊急ブレーキ（負荷遮断）が作動してグリッドを救う安全ラインである59.2 Hzを大幅に下回る57.58 Hz**まで急落します。

提案される解決策：「合成慣性」

ペルーの規制当局は、この問題を解決するためのルールブック（決議 176-2025-OS/CD）をすでに作成しています。彼らはこう言っています。「もしあなたが太陽光または風力発電所なら、たとえ実体としてのフライホイールを持っていなくても、重いフライホイールのように振る舞わなければならない」。

彼らはこれを合成慣性（Synthetic Inertia）と呼んでいます。このルールは、もしグリッドが揺らぎ始めたら、これらの太陽光や風力の発電所は電力を注入しなければならないと定めています。具体的には、問題が発生してから貢献を開始するまでに最大0.15秒かかることが許容されますが、貢献を開始してから1秒以内に最大電力の6%を注入しなければなりません。また、少なくとも8秒間は継続し、周波数が正常（±0.1 Hzのデッドバンド内）であれば停止しなければなりません。

この論文は、これらの新しいルールに従った場合に何が起こるかをシミュレートしています。

• 朗報： 効果はあります！ 最悪の2040年のシナリオにおいて、この合成的なブーストは周波数の最低値を約0.32 Hz上昇させます。これは、ローラーコースターに小さなエアバッグを追加するようなものです。
• 悪いニュース： これだけでは衝突を止めるには不十分です。たとえエアバッグがあっても、2040年の午後1時に20%の電力が消失した場合、周波数は依然として低くなりすぎ、緊急ブレーキを引かざくを得ません。論文は重要なニュアンスを指摘しています。システムが反応を開始するまでに0.15秒かかるため、最も激しく、最も速度が速い最初の瞬間を見逃してしまうのです。さらに、固定の8秒後にブーストを停止することは、もしグリッドがまだ完全に回復していなければ、二次的な周波数低下を引き起こす可能性があると論文は述べています。

新しい「健康スコア」：IISF-SEIN

これらの数字を理解するために、著者たちはIISF-SEIN（統合周波数セキュリティ指数）と呼ばれる新しいスコアを考案しました。これは、ローラーコースターの単一の「健康診断の成績」と考えてください。

• スコアが高いほど、乗り物は安全で安定しています。
• スコアが低いほど、乗り物は脱線しかけています。

彼らのシミュレーションによれば：

• ベースケース（2026年）のスコアは74.1から76.2の間です。これは「警戒」状態であり、リスクはあるものの管理可能です。
• 2040年の午後1時のケースは、3.5%成長シナリオで37.4、5.0%成長シナリオで38.9となります。これは**「危機的」**な状態です。

このスコアは、単一の数値を確認するよりも優れた問題把握方法であることを論文は証明しています。これは、低下の速度、最低到達点、そして緊急ブレーキにどれだけ近いかを一つの読みやすい数値に統合したものです。

論文が示唆すること（および示唆していないこと）

著者たちは、彼らのシミュレーションが示していることと、示していないことを非常に明確にしています。

• 彼らは、現在のルールが完璧であるとは述べていません。実際、彼らは現在の「8秒間」というルールが硬直的すぎる可能性があり、グリッドが軽くなるにつれて「6%」の貢献量はより高くする必要があるかもしれないと主張しています。また、0.15秒の遅延があるため、危機の最初の一瞬、最も激しい瞬間を逃してしまうことも指摘しています。
• 彼らは、太陽光や風力が悪いとは述べていません。移行は必要であると強調していますが、安全に乗り続けるための新しいツールが必要であるとしています。
• 彼らは、単なるソフトウェアの修正以上のものが必要であると提案しています。彼らは、「グリリ・フォーミング・コンバータ」（実物のエンジンのように振る舞い、即座に反応するスマート・インバータの一種）や、「同期調相機」（重さを加えるために回転する機械）を使用して、物理的にグリッドを安定させることを推奨しています。
• 彼らは、問題を解決したと主張しているわけではありません。彼らの結果はシミュレーションに基づいたものであり、現実のグリッドはより複雑であると述べています。彼らのモデルは「シングルバス（単一母線）」モデルであり、国全体を一つの大きな点として扱っているため、局所的な問題や、異なる都市間での電力の動きまでは捉えられないことを認めています。

結論

2040年までに、ペルーの電力網はより軽く、より速くなりますが、同時に、より脆弱になります。最大の懸念は、電力を最も多く使う時ではなく、太陽が最も輝き、重いスタビライザーが消えている時です。新しい「合成慣性」のルールは素晴らしいスタートであり、役立つものですが、コンピュータのシミュレーションは、それらが単独では魔法の弾丸（万能な解決策）ではないことを示しています。ローラーコースターの墜落を防ぐためには、これらの新しいデジタルなルールと、システムに実質的な重さを戻すことができる物理的な機械を組み合わせる必要があります。著者たちは、この危険を追跡するための新しい「健康スコア」を提示しましたが、そのスコアは現在、未来の晴れた午後のために赤色に点滅しています。